New Orleans Hornets (2009-2010)
Collison wurde weithin als einer der Top-Point-Guards im NBA-Draft 2009 angesehen, als er von der UCLA kam. Er wurde in der ersten Runde mit der 21. Gesamtauswahl von den New Orleans Hornets ausgewählt.
Da Chris Paul während der Saison 2009-10 zweimal für Monate ausfiel, wurde Collison zum Starting Point Guard. Collison verteilte 18 Assists und erzielte 17 Punkte am 30. Januar 2010, als New Orleans die elf Spiele andauernde Siegesserie von Memphis mit einem 113:111-Sieg in der Verlängerung beendete. Später, am 8. März 2010, brach Collison seinen eigenen Rekord mit dem Rookie-Rekord der Hornets von 20 Assists (zusammen mit 16 Punkten) bei einem 135-131-Sieg über die Golden State Warriors. In einem Spiel gegen die Indiana Pacers am 19. Februar 2010 wurde Collison erst der zweite Rookie der Saison 2009-10, der ein Triple-Double mit 18 Punkten, 13 Rebounds und 12 Assists erzielte. Er belegte Platz 4 bei der Wahl zum NBA Rookie of the Year und erzielte in den 37 Spielen als Starter durchschnittlich 18,8 Punkte und 9,1 Assists, hatte aber in seiner ersten NBA-Saison als Starter vier Turnover pro Spiel.
Indiana Pacers (2010-2012)
Am 11. August 2010, handelten die Hornets Collison und James Posey zu den Indiana Pacers in einem Vier-Teams-Fünf-Spieler-Deal, der auch Troy Murphy zu den New Jersey Nets, Trevor Ariza zu den New Orleans Hornets und Courtney Lee zu den Houston Rockets schickte.
Dallas Mavericks (2012-2013)
Am 12. Juli 2012 wurden Collison und Dahntay Jones zu den Dallas Mavericks für Ian Mahinmi gehandelt. Collison wurde der Starting Point Guard der Mavericks und ersetzte Jason Kidd, der als Free Agent ging. Collison war ein Schlüsselspieler in Dallas‘ 4-1 Start in 2012-13, aber er kämpfte, als sie 8 ihrer nächsten 11 Spiele verloren. Nachdem er die ersten 14 Spiele des Teams begonnen hatte, kam Collison für ein Spiel von der Bank. Das nächste Spiel verpasste er mit einem verstauchten rechten Mittelfinger, was Dallas dazu veranlasste, Derek Fisher zu verpflichten. Fisher begann in seinem ersten Spiel mit den Mavericks, während Collison eine Reserve blieb. 14 Spiele später, am 27. Dezember 2012, erhielt er den Startjob zurück.
Los Angeles Clippers (2013-2014)
Am 10. Juli 2013 unterschrieb Collison einen Vertrag bei den Los Angeles Clippers. Er war erneut Backup für Chris Paul, der ebenfalls bei den Clippers spielte. Als Paul mit einer verletzten Schulter 18 Spiele ausfiel, startete Collison und erzielte durchschnittlich 13,3 Punkte und 6,5 Assists in 32,6 Minuten. Die Clippers gewannen in dieser Zeit 12:6, und Trainer Doc Rivers sagte, das Team habe den Sturm“ ohne seinen All-Star-Point Guard überstanden; er bezeichnete Collisons Spiel als den Schlüssel“. In Spiel 4 der zweiten Runde der NBA-Playoffs 2014 gegen die Oklahoma City Thunder überwanden die Clippers einen 22-Punkte-Rückstand, um die Serie mit 2:2 auszugleichen. Collison erzielte 12 seiner 18 Punkte im letzten Viertel und führte das Team damit zu einem 101:99-Sieg.
Sacramento Kings (2014-2017)
Am 12. Juli 2014 unterschrieb Collison einen Dreijahresvertrag über 16 Millionen Dollar bei den Sacramento Kings. Die Kings boten ihm einen Startjob als Point Guard an, und die Clippers konnten weder mit dem Deal noch mit der Spielzeit mithalten.
Am 27. Dezember 2014 hatte Collison ein Saison-Bestspiel mit 27 Punkten und 10 Assists bei einem 135-129-Overtime-Sieg gegen die New York Knicks. Am 26. Februar 2015 fiel er mit einem rechten Hüftbeuger für drei bis sechs Wochen aus. Collison wurde für die ersten acht Spiele der Saison 2016-17 gesperrt, nachdem er sich wegen eines Vergehens wegen häuslicher Gewalt schuldig bekannt hatte.
Rückkehr nach Indiana (2017-2019)
Am 7. Juli 2017 unterschrieb Collison bei den Indiana Pacers und kehrte für eine zweite Saison zu der Franchise zurück. Er wurde Anfang Februar 2018 am Knie operiert und kehrte Mitte März in den Kader der Pacers zurück. Nachdem er sein Dreipunkteschießen im Laufe seiner Karriere allmählich verbessert hatte, führte Collison die Liga mit einem Karriere-Bestwert von 47 % 3-Punkte-Prozentsatz in 2017-18 an.
Am 10. Dezember 2018, bei einem 109-101-Sieg gegen die Washington Wizards, hatte Collison 17 Assists, seine höchste Einzelspielsumme mit Indiana. Er beendete die Saison 2018-19 mit einem Durchschnitt von 11 Punkten und sechs Assists.
Am 28. Juni 2019 gab Collison seinen Rücktritt aus der NBA bekannt. Er ist Zeuge Jehovas und führte religiöse Gründe für seinen Rücktritt an. Es war erwartet worden, dass er mehrere Vertragsangebote für rund 10 Millionen Dollar pro Saison erhalten würde.